[发明专利]一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法

说明书

本发明公开了一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，包括以下步骤：1)设置裂纹近场初始分析区域；2)获得裂纹扩展轨迹的坐标位置；3)计算裂纹扩展轨迹的水平集函数；4)更新分析区域；5)重复步骤2－4，根据裂纹的扩展信息不断更新分析区域，从而完成裂纹近场分析区域自适应；对于元件及结构件在裂纹扩展情况下快速实现裂纹近场变形分析区域的确定，该方法能够避免人工手动确定裂纹近场分析区域，有效避免试验人员在实施过程中引入误差，提高裂纹近场变形分析区域的准确性和可靠性；其次分析效率高，可以快速完成裂纹近场分析区域的更新；最后能够降低人力成本，实现裂纹近场变形分析区域的自动化，提高损伤容限试验技术。

技术领域

本发明涉及裂纹扩展试验中的损伤容限技术领域，尤其涉及一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法。

背景技术

裂纹近场的变形分析是基于数字图像相关法来实现的，裂纹的萌生及扩展造成分析区域的强不连续性，裂纹形成的间隙造成采集图像中像素信息发生了变化，该间隙部分的像素信息会造成变形分析的错误，因此在分析之初需要在分析区域(Region ofInterest，ROI)中进行剔除，随着裂纹的扩展，分析区域需要随之进行更新。在裂纹扩展试验中，需要对裂纹进行大量拍照，如果手动地进行更新分析区域，则会影响到分析效率，并且造成极大的人力成本。

本发明针对元件及结构件在裂纹扩展试验中的检测技术，提出了一种实现裂纹近场分析区域自适应的方法，该方法可以有效地获得裂纹近场的分析区域，并且能够随着裂纹的扩展变化快速更新，为裂纹近场的变形分析提供依据。

发明内容

本发明的目的：提供一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，实现元件及结构件在裂纹扩展试验中裂纹近场分析区域随着裂纹扩展变化进行快速更新，提高裂纹近场变形分析区域的自动更新，降低人工成本，提高裂纹近场变形分析的效率。

本发明的技术方案：

一种基于水平集方法的裂纹近场变形分析区域确定方法，包括以下步骤：

步骤1：设置裂纹近场初始分析区域；

步骤2：获得裂纹扩展轨迹的坐标位置；

步骤3：计算裂纹扩展轨迹的水平集函数；

步骤4：更新分析区域；

步骤5：重复步骤2－4，根据裂纹的扩展信息不断更新分析区域，从而完成裂纹近场分析区域自适应。

步骤1所述的设置裂纹近场初始分析区域，具体为：根据含裂纹试件的几何外形以及裂纹形貌，设置裂纹近场的初始分析区域，确保初始分析区域中包括试件的有效分析区域，并且不含裂纹断开区域。

步骤2所述的获得裂纹扩展轨迹的坐标位置，还包括以下步骤：

步骤2.1：对裂纹近场的变形情况进行相关性分析，获得裂纹近场变形信息；

步骤2.2：识别裂纹尖端，获得裂纹扩展轨迹的坐标位置。

步骤3所述的计算裂纹扩展轨迹的水平集函数，还包括以下步骤：

步骤3.1：建立裂纹轨迹水平集函数和裂尖水平集函数，裂纹轨迹水平集函数用来描述距离裂纹界面的符号距离，裂尖水平集函数用来描述与裂尖切向矢量的符号距离；

步骤3.2：根据建立的裂纹轨迹水平集函数，像素为单位分别计算分析区域内所有有效点的水平集函数的值；

步骤3.3：定义水平集函数值的绝对值的含义，水平集函数值的绝对值表示与定义界面的距离，正负符号表示位于定义界面的正向或反向。